石墨烯基材料在药物释放和基因传递领域的运用

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1、石墨烯基材料在药物释放和基因传递领域的运用　　1引言　　Geim和Novoselov[1]在2004年发现了石墨烯，石墨烯是一种由sp2杂化的碳原子连接的单原子层的新型二维原子晶体。石墨烯具有比表面积大、良好的电导性和热传导等优点，已报道了石墨烯氧化物和石墨烯在物理、化学、生物和材料科学等不同领域的应用。　　石墨烯的功能化包括共价键功能化和非共价键功能化，其中石墨烯的共价功能化有石墨烯的聚合物功能化和石墨烯的小分子功能化，石墨烯的非共价功能化包含有π-π堆垛相互作用，疏水作用，静电作用等非共价键作用，使修饰分子对石墨烯进行表面功能化，形

2、成稳定的分散体系。研究表明石墨烯是一种有前景的材料，有潜力应用于药物传递、骨组织工程支架、移植、生物传感器等。本文探讨了石墨烯基材料在药物释放和基因传递领域的应用。　　2药物释放利用石墨烯的高比表面积、π-π堆积、静电作用以及疏水作用来实现难溶性药物的高负载量，Liu等[2]是最早在这领域进行研究的研究者之一，他们合成负载了喜树碱（CPT）衍生物SN38的聚乙二醇（PEG）-功能化的纳米石墨烯氧化物（NGO）,NGO-PEG-SN38复合物既保持了SN38优良性能也表现出了良好的水溶性。　　在HCT-116细胞中，该复合物也具有较高的细

3、胞毒性，比CPT强1000倍，这导致了许多研究组对石墨烯基复合材料在药物传递中的应用展开了一系列的研究。在另一项研究中，他们也探索了含有共轭结构PEG-NGO的rituxan（抗体CD20+）的靶向给药，也对体外非共价π-π堆积负载阿霉素（DOX）的PEG-NGO共轭型和pH值依赖型的药物释放进行了研究[3].　　一般情况下，纳米载体是与细胞膜相互作用以及通过内吞作用进入细胞内的。石墨烯功能化已成功地用于开发释放药物在细胞质内的刺激响应性纳米载体。例如Kim等[3]利用谷胱甘肽（GSH）的近红外（NIR）、酸性pH值和高细胞内水平来进行

4、DOX中的包质交付。经PEG和支链聚乙烯亚胺（BPEI）功能化的还原氧化石墨烯（PEG-BPEI-rGO）纳米载体处理后的细胞暴露于近红外中辐射，以便诱导内涵体破裂以及DOX释放。在经近红外辐射后的PEG-BPEI-rGO/DOX复合物处理过的细胞中，谷胱甘肽胞质存在所导致的癌细胞死亡率要比在没经过辐射的细胞中的高。　　在另一项研究中[4],开发了DOX负载的PEG-GO纳米复合材料，并且利用无标记荧光技术实时监测活细胞体内以及体外DOX释放所引起的微量变化。　　CF-7/ADR细胞中注射了抗耐癌药。在体外观测到高药物负载量与DOX释放时的pH值有

5、关。GO增加了MCF-7/ADR细胞中DOX的累积量，从而导致了MCF-7/ADR细胞的细胞毒性比游离DOX的要高。众所周知的是，肿瘤微环境中的pH值，细胞内的溶酶体与内涵体都是酸性的。许多研究者已利用这一现象通过石墨烯改性的方法来实现肿瘤组织或细胞中活性药物的释放[6-7].　　Depan等[8]已对DOX释放实验中DOX-GO-壳聚糖-叶酸（DOX-GO-CHI-FA）纳米杂化合物形态的改变进行了研究。在DOX释放之前，载体表面几乎没有孔隙，而DOX药物释放之后，孔隙度和表面富集现象明显增加。DOX-GO和DOX-GO-CHI-FA复合物在pH

6、值=5.3时DOX的释放速度要比pH值=7.4时的释放速度快得多。另一方面，聚（N-异丙基丙烯酰胺）官能化的石墨烯复合材料（PNIPAM-GS）中的药物释放与温度有着密切的关系[9],Pan等[9]采用PNIPAM-GS负载了不溶于于水的抗癌药物CPT,并对37℃下PNIPAM-GS-CPT复合物在水和磷酸盐缓冲液（PBS）中CPT的释放进行了究。在33℃下，PNIPAM与石墨烯之间的相互作用将亲水相转变为疏水相，其低临界溶解温度（LCST）要比PNIPAM均聚物的低临界溶解温度（37.8℃）低。由于π-π键堆积、石墨烯的疏水作用，所获

7、得的优良的负载型CPT的抗癌活性要比CPT的高。所报道的研究已经改善了水溶性、药物负载量以及石墨烯基药物偶联物的团聚现象。但是，聚合物功能化的石墨烯可以作为药物释放的扩散阻挡层。CF-7细胞中表现出了较高的毒性。壳聚糖是甲壳素的脱乙酰产物，是自然界唯一的天然阳离子多糖，已被用于石墨烯负载各种药物的领域中，如布洛芬、5-氟脲嘧啶和喜树碱，Rana等[13]将壳聚糖官能化的GO用于布洛芬（IBU）和5-氟脲嘧啶（5-FU）传递中，由于其亲水性特征，弱π-π键相互作用以及二酰胺基团的存在，5-FU具有较低的药物负载能力。Bao等[14]合成了

8、壳聚糖-GO-CPT复合物，与CPT相比，该复合物在HepG2和HeLa细胞中具有较高的细胞毒性。　　氧化铁纳米颗粒共轭的